C++20新特性：`[[no_unique_address]]`、`[[likely]]`和`[[unlikely]]`的探索与

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C++20引入了许多新特性，其中[[no_unique_address]]、[[likely]]和[[unlikely]]属性为代码优化和性能提升提供了新的工具。本文将详细介绍这些新属性的用途、语法和实际应用示例。

一、[[no_unique_address]]：优化空对象的存储

[[no_unique_address]]属性允许类的非静态数据成员与其他成员或基类子对象共享地址。这一特性特别适用于空类（empty class）的优化，例如无状态分配器（stateless allocator）。在C++中，即使是空类，对象也至少占用1字节的空间。然而，通过[[no_unique_address]]，编译器可以优化这些空类成员，使其不占用额外空间。

语法

[[no_unique_address]]应用于非静态数据成员的声明中。

示例

以下代码展示了[[no_unique_address]]的使用：

struct Empty {}; // 空类

struct X {
    int i;
    Empty e; // 没有使用[[no_unique_address]]
};

struct Y {
    int i;
    [[no_unique_address]] Empty e; // 使用[[no_unique_address]]
};

int main() {
    static_assert(sizeof(X) >= sizeof(int) + 1); // X占用更多空间
    static_assert(sizeof(Y) == sizeof(int)); // Y优化后占用空间与int相同
}

应用场景

• 无状态分配器：在容器（如std::vector）中，分配器通常是空类，但会占用额外空间。通过[[no_unique_address]]，可以优化这些分配器的存储。
• 减少尾部填充：对于非空类成员，[[no_unique_address]]可以允许成员的尾部填充被其他成员重用。

二、[[likely]]和[[unlikely]]：优化分支预测

[[likely]]和[[unlikely]]属性用于条件语句中，向编译器提供分支预测的提示。这些属性可以帮助编译器优化代码的执行路径，从而提高性能。

语法

这些属性可以应用于if语句的分支或switch语句的case中。

示例

以下代码展示了[[likely]]和[[unlikely]]的使用：

void process(bool condition) {
    if (condition) [[likely]] {
        // 预期更常执行的代码
    } else [[unlikely]] {
        // 预期较少执行的代码
    }
}

注意事项

• 冗余性：在某些情况下，仅使用[[likely]]或[[unlikely]]中的一个即可达到优化效果。然而，MSVC编译器可能需要同时使用这两个属性才能正确优化。
• 编译器支持：不同编译器对这些属性的支持可能有所不同。例如，GCC和Clang通常会正确处理这些属性，而MSVC可能在某些情况下忽略[[likely]]。

应用场景

• 性能关键代码：在对性能要求极高的代码中，这些属性可以显著提升分支预测的准确性。
• 错误处理：在错误处理逻辑中，使用[[unlikely]]标记错误分支，可以优化正常执行路径。

三、总结

C++20引入的[[no_unique_address]]、[[likely]]和[[unlikely]]属性为开发者提供了更强大的优化工具。[[no_unique_address]]可以优化空类成员的存储，减少不必要的空间占用；而[[likely]]和[[unlikely]]则可以帮助编译器更好地进行分支预测，提升代码性能。这些特性在现代C++编程中具有重要的应用价值，值得开发者深入学习和使用。

希望本文能帮助你更好地理解和应用这些C++20的新特性。如果你对这些内容感兴趣，欢迎继续探索更多C++20的特性！